Хімія · Будова речовини
Швидкість хімічної реакції й хімічна рівновага: чинники, принцип Ле Шательє
Швидкість реакції показує, як швидко змінюється концентрація речовини, і залежить від природи реагентів, їхньої концентрації, температури, поверхні контакту та каталізатора. Стан хімічної рівноваги настає в оборотних реакціях, коли швидкості прямої й зворотної реакцій зрівнюються, а зміщення рівноваги передбачає принцип Ле Шательє.
Авторський матеріал Тями · оновлено
Швидкість реакції
v = Δc/Δt (моль/(л·с)) для простої реакції aA + bB → …: v = k·[A]ᵃ·[B]ᵇ
| Чинник | Вплив на швидкість |
|---|---|
| концентрація реагентів | зростання концентрації збільшує швидкість |
| температура | підвищення прискорює реакцію; близько 2–4 рази на кожні 10 °C |
| поверхня контакту (для твердих речовин) | подрібнення збільшує поверхню й швидкість |
| тиск (для газів) | збільшення тиску підвищує концентрації й швидкість |
| каталізатор | збільшує швидкість, не витрачаючись; не зміщує рівновагу |
| природа реагентів | активніші речовини реагують швидше |
Хімічна рівновага й принцип Ле Шательє
Оборотні реакції (⇌) перебігають у двох напрямках. У стані рівноваги швидкості прямої та зворотної реакцій однакові, а концентрації всіх речовин сталі, проте реакції не припиняються: рівновага динамічна. Принцип Ле Шательє: якщо на систему в рівновазі подіяти ззовні, рівновага зміщується в бік, що послаблює цю дію.
| Зовнішній вплив | Куди зміщується рівновага |
|---|---|
| збільшення концентрації реагента | у бік продуктів |
| відведення продукту | у бік продуктів |
| підвищення тиску | у бік меншої кількості молекул газу |
| підвищення температури | у бік ендотермічної реакції (Q < 0) |
| додавання каталізатора | не зміщує (прискорює обидві реакції) |
Розібрані приклади
Спробуй розв’язати сам, а потім відкрий розв’язання. Це авторські приклади, а не завдання з тренувань.
Приклад 1
Концентрація речовини за 30 с зменшилася від 0,8 до 0,2 моль/л. Знайдіть середню швидкість реакції.
Показати розв’язанняСховати розв’язання
- Δc = 0,8 − 0,2 = 0,6 моль/л.
- v = Δc/Δt = 0,6/30 = 0,02 моль/(л·с).
Відповідь: 0,02 моль/(л·с).
Приклад 2
Проста газова реакція 2NO + O₂ → 2NO₂. У скільки разів зросте швидкість, якщо концентрацію NO збільшити вдвічі, а O₂ — утричі? А якщо об’єм системи зменшити вдвічі?
Показати розв’язанняСховати розв’язання
- v = k[NO]²[O₂].
- Концентрації 2 і 3 рази: швидкість зростає у 2² · 3 = 12 разів.
- Зменшення об’єму вдвічі збільшує всі концентрації вдвічі: 2² · 2 = 2³ = 8 разів.
Відповідь: у 12 разів; у 8 разів.
Приклад 3
Температурний коефіцієнт реакції дорівнює 3. У скільки разів зросте швидкість за підвищення температури на 30 °C?
Типові помилки
- Вважати, що каталізатор зміщує рівновагу: він лише прискорює її досягнення.
- Вважати, що в стані рівноваги реакція припинилася: прямий і зворотний процеси тривають з однаковою швидкістю.
- Застосовувати принцип Ле Шательє до тиску для реакцій, де кількості молекул газу однакові (H₂ + I₂ ⇌ 2HI): тиск там рівновагу не зміщує.
- Плутати, у який бік зміщує рівновагу підвищення температури для екзотермічної реакції.
- Вважати, що швидкість реакції завжди пропорційна добутку коефіцієнтів: це правильно лише для простих (елементарних) реакцій.